Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехника, электроника и электрооборудование. Часть 1А. Электроника. Методические рекомендации к выполнению лабораторных работ
.pdf
31
При открытом первом переходе ток базы (т. е. входной ток) сильно зави-
I
I
к
к
I
кэ
кэ
U
I
I
I
A
0
+
U
бо
бо
Рисунок 5.4 – Выходные характеристики транзистора, включенного по
схеме с общим эмиттером
сит от прямого напряжения на базе Uбэ и мало зависит от обратного напряжения Uкэ (при его большом значении). При увеличении обратного напряжения
Uкэ входная характеристика немного смещается вниз, что объясняется
уменьшением тока базы из-за увеличения тока коллектора. Используя входную характеристику транзистора, можно определить его входное сопротивление Rвх для определенного положения рабочей точки А (см. рис. 5.3). Для
этого при постоянном напряжении на коллекторе Uкэ задают приращение тока базы Iб и определяют получающееся при этом изменение напряжения на
базе Uбэ. Входное сопротивление транзистора определяют как отношение
R=Uбэ/Iб.
Выходные характеристики транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, представляет собой зависимости коллекторного тока от напряжения на коллекторе: Iк=(Uкэ) при Iб = const. На рис. 5.4 приведены выходные характеристики транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.
С увеличением тока Iб характеристики смещаются вверх. Связь между током коллектора Iк и током базы Iб определяется коэффициентом передачи то-
ка базы = Iк/Iб, который легко можно выразить через известный коэффициент передачи тока эмиттера базы : = Iк / Iб = Iк / (Iэ -Iк ) =
= / (1 - ). Коэффициент передачи тока базы зависит от напряжения на
коллекторе Uкэ и от тока эмиттера Iкэ. У транзисторов имеется некоторое оптимальное значение тока эмиттера, при котором коэффициент передачи тока
базы получается наибольшим.
При увеличении тока базы на Iб характеристика коллекторного тока
смещается вверх на Iб. Так как коэффициент передачи тока базы зави-
32
сит от тока эмиттера, смещение выходных характеристик вверх при одинако-
+
Еб
R
б
рА 1 VT
pV 1 U
бэ
pA2
pV2 U
кэ
R
к
Е
к
Рисунок 5.5 - Схема лабораторной установки для снятия статических ха-
рактеристик транзистора
вых изменениях тока базы получается различным: сначала расстояние между
характеристиками возрастает, а затем уменьшается.
При малых напряжениях на коллекторе /Uкэ/ /Uбэ/ транзистор переходит в режим насыщения, при котором не основные заряды инжектируются в
базу не только эмиттером, но и коллекторным переходом. Для сохранения
тока базы неизменным (так как характеристики снимают при Iб = const) нужно уменьшить напряжение на базе, что приводит к резкому уменьшению токов эмиттера и коллектора. В этом месте выходные характеристики имеют
резкий спад, коэффициент передачи тока базы резко уменьшается, эффективность управления коллекторным током снижается.
По выходным характеристикам можно определить также выходное сопротивление транзистора R
. Для этого в рабочей точке А при Iб = const за-
вых
дают приращение коллекторного напряжения Uкэ и определяют получающееся при этом приращение тока коллектора I´к. Выходное сопротивление
транзистора находят как отношение: R
= Uкэ/ I´к.
вых
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Собрать схему лабораторной установки для снятия статических характеристик транзистора (рис. 5.5).
33
Тип тран-
зистора
№
наблю-
дений
ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРОВ
Uкэ = 0
Uкэ = -5
Uкэ = -10
Uбэ,
mV
Iб, mA
Uбэ,
mV
Iб, mA
Uбэ,
mV
Iб, mA
Тип тран-
зистора
№
набл.
Iб = 25
Iб = 50
Iб = 75
Iб = 100
Iб = 125
Uкэ В Iкэ
мА
Uкэ В Iкэ
мА
Uкэ В Iкэ
мА
Uкэ В Iкэ
мА
Uкэ В Iкэ
мА
2. Снять семейство статических входных характеристик транзистора при на-
пряжениях на коллекторе Uкэ, равных 0,5…10 В. Напряжение на базе изменять в пределах от 0 до 500 мВ через 100 мВ. Полученные данные свести в
таблицу 1.
Таблица 1. К снятию входных характеристик транзистора
3. Снять семейство статических выходных характеристик транзистора для
токов Iб = 0…500 мкА через каждые 100 мкА (ток базы поддерживать посто-
янным путем изменения напряжения на базе). Напряжение на коллекторе Uкэ
изменять в пределах от 0 до 10 В через 2,5 В. Полученные данные свести в
таблицу 2.
Таблица 2. К снятию семейства статических выходных характеристик транзистора
Содержание отчета:
1. Изображение схемы включения транзистора.
2. Таблицы наблюдений по всем пунктам задания.
3. Характеристики транзистора.
4. краткие выводы и заключение о проделанной работе.
34
Рисунок 6.1 – Усилитель на биполярных транзисторах
Работа № 6
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
1. Цель работы: Изучение принципа работы и исследование характеристик
усилителей на биполярных и составных транзисторах.
2. Общие сведения
В современной технике при решении многих инженерных задач возникает необходимость в усилении слабых электрических сигналов, что осуществляется электронными усилителями. Электронными усилителями называют
устройство, предназначенное для усиления напряжения, тока и мощности
электрических сигналов.
Усилители на биполярных транзисторах.
Одним из наиболее распространенных усилителей на биполярных транзисторах (рис.6.1) является усилитель с общим эмиттером (ОЭ). В этом усилителе эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей.
Входное напряжение Uвх от источника усиливаемого сигнала подается на
усилительный каскад через конденсатор связи Сс1.
Усиленное входное напряжение может быть снято как с резистора Rк, так и
с транзистора, поскольку переменные составляющие этих напряжений равны,
но находятся в противофазе. Однако, на практике выходное напряжение
удобнее снимать с транзистора , так как в усилителях ОЭ эмиттер заземляется и выходное напряжение снимается между заземленной точкой корпуса
(землей) коллектором транзистора. В этом случае вход и выход усилителя
имеют общую точку. Если выходное напряжение снимать с резистора Rк, то
35
Рисунок 6.2 – Графическое решение уравнения UK = EK – RK IK
для коллекторной цепи
общей точки между входом выходом усилителя не будет, что вызывает
большие неудобства, поскольку анализ работы и измерения в усилителях и
других электронных устройствах ведут относительно «земли».
Анализ работы усилителя ОЭ удобно проводить с помощью вольтамперных характеристик транзистора: входной характеристики Iб=(Uб) (она по-
вернута на угол 90о) и семейства выходных характеристик Iк==(Uк) при
разных токах базы. Для коллекторной цепи усилителя в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать Uк=Ек-RкIк. Графическое решение
этого уравнения показано на рис. 6.2.
Прямая МN, называемая линией нагрузки, построена по двум точкам, соответствующим режимам холостого хода и короткого замыкания (координаты точки N: Uк=Eк , Iк=0 ; координаты точки M: Uк=0, Iк=Eк/Rк). Точки пересечения линии нагрузки с выходными характеристиками транзистора оп-
36
ределяют ток Iк и напряжение на транзисторе Uк при любом значении тока
базы Iб.
Сопротивление резистора Rк выбирают, исходя из требуемого усиления
входных сигналов. Но при этом надо иметь в виду, что линия нагрузки должна проходить левее и ниже допустимых значений Iк и Uк и обеспечивался
достаточно протяженный линейный участок переходной характеристики. С
целью выполнения этих требований сопротивление Rк должно составлять 0,2
… 5 кОм для транзисторов малой мощности и 100 Ом для транзисторов
средней мощности.
Переходная, или передаточная, характеристика усилителя Iк=(Iб) построена по точкам пересечения линии нагрузки с выходными характеристиками транзистора. Из рисунка видно, что передаточная характеристика нелинейна, но на ней можно выделить линейный участок.
В усилителе действуют два источника: источник постоянной ЭДС Ек и
источник усиливаемого переменного напряжения в режиме покоя, т.е. при
U
=0. Резистор Rб, включенный в цепь базы, обеспечивает требуемый ре-
вх.
жим покоя, который на характеристиках (см. рис. 6.2) определяется точкой
П, называемой рабочей точкой. Для усиления входных сигналов с минимальными линейными искажениями рабочую точку П выбирают на середине линейного участка переходной характеристики Iк=(Iб). (см. рис. 6.2). Этому
режиму должны соответствовать определенные значения токов Iбп, Iкп и напряжений U бп, Uкп. Указанный режим обеспечивается сопротивлением резистора Rб .
Конденсатор Сс1 включают на входе усилителя для того, чтобы не создавать постоянной составляющей тока в источнике усиливаемых сигналов Uвх
за счет действия источника питания Ек. Кроме того, при отсутствии конденсатора Сс1 нарушается режим работы усилителя по постоянной составляющей.
При подаче на вход усилителя переменного входного напряжения Uвх
напряжение Uбэ становиться пульсирующим. Это вызывает пульсации базового тока Iб, коллекторного тока Iк и коллекторного напряжения Uк .
Конденсатор С
(конденсатор связи) задерживает постоянную состав-
с2
ляющую коллекторного напряжения и пропускает в нагрузочное устройство
усилителя только переменную составляющую Uк, являющуюся выходным
напряжением усилителя.
Если изменения входного напряжения Uвх, базового Iб и коллекторного Iк
токов укладываются в линейные участки входной и передаточной характеристик, то форма выходного напряжения будет соответствовать форме входного напряжения. При больших входных сигналах, при которых базовые и коллекторные токи выходят за пределы линейного участка а передаточной характеристики, форма выходного напряжения значительно искажается. Эти
искажения, обусловленные нелинейностью вольтамперных характеристик,
называют нелинейными.
37
Для оценки диапазона изменений входных напряжений, усиливаемых
№
Е
к 1
, В
U
г вых
, В
Uу
вых
, В
гвых
увых
U
U
U
K
1 2 3 4
5
6
без искажений, используют амплитудную характеристику U
=(Uвх), пред-
вых
ставляющую собой зависимость амплитудного значения выходного напря-
жения от амплитудного значения входного напряжения.
По амплитудной характеристике в линейной ее части (участок Оn) можно
определить коэффициент усиления Ки.
На участке nk коэффициент усиления уменьшается, что объясняется выходом усиливаемого сигнала за пределы линейного участка ab, передаточной характеристики. Амплитудная характеристика позволяет выявить дина-
мический диапазон усилителя, который определяется напряжением U
вых
, ог-
раничиваемым допустимыми нелинейными искажениями.
3. Порядок выполнения работы
1. Тумблеры на лицевой панели стенда поставить в положения: В 1, В 2, В 3,
В 5 – «выкл»; В 4, В 6, В 7 - вправо. Ручки переменных резисторов R
R
ос 2
, R
- в крайнее левое положение, потенциометров R
ос 3
н 1
, R
н 2
- в край-
ос 1
нее правое положение, переключатель кГц в положение 0,2…2, ручку потенциометра регулирования частоты генератора в среднее положение,
ручку резистора U
в крайнее левое положение.
вых
2. Включить стенд и электронный осциллограф тумблерами «сеть».
3. Выставить напряжение Ек1 равным 24 В.
4. Включить вольтметр (кнопки: «пит», « », «~», «V», «5»)
5. Подключить гнезда генератора «1» - «1:10» к гнездам вольтметра «V»,
―*‖, установить напряжение выхода генераторов U
=20 мВ
вых
6. Отключить соединительные концы от вольтметра и подключить их к гнез-
дам «1» - «2».
Внимание ! Выход «1:10» генератора соединяется со входом «1» усилителя.
7. Другими соединительными концами измерить напряжение между гнез-
дами «9» - «10».
8. Меняя напряжение «U
вующие значения U
вых
»генератора от 20 до 200 мВ, снимать соответст-
вых
усилителя. Данные занести в таблицу 1.
Таблица 1. Измеренные параметры усилителя
,
38
Рисунок 6.3 – Усилитель низкой частоты на транзисторах
9. Построить амплитудную характеристику усилителя
U= (Uвх); U
вху=Uвых с
10. Зарисовать формы кривых напряжения на выходе усилителя при 20, 40,
100 мВ.
11. Зарисовать формы кривых выходного напряжения при введении нагру-
зочных резисторов R
н 1
, R
в 3…4 точках.
н 2
4. Содержание отчета
1. Изображение схемы усилителя
2. Таблицы наблюдений по всем пунктам задания
3. Характеристики усилителя
4. Форма кривых на выходе усилителя
5. Краткие выводы и заключение по проделанной работе.
39
+УЭа
к
Iy
Ia
УЭ
Ra
Uak
p1
п1
p2
п2
n1
п3
n2
+
-
+
а – четырехслойная структура кремниевого управляемого вентиля (ти-
ристора); б – графическое изображение тиристора в электрических
схемах
Рисунок 7.1 – Управляемый вентиль (тиристор)
а
б
Работа № 7
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ УПРАВЛЯЕМЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
1. Цель работы: Изучение схем, конструкций, свойств и характеристик
управляемых выпрямителей.
В работе исследуется однофазный управляемый тиристорный выпрямитель.
Общие сведения
В современных системах судового и кранового привода требуется
плавное регулирование величины выпрямленного напряжения или тока. Для
этой цели служат управляемые выпрямители, у которых в большинстве случаев управление режимом выпрямления обеспечивается путем измерения угла открытия тиристора.
Кремневый управляемый вентиль (тиристор) представляет собой четырехслойную структуру, образованную чередующимися в объеме монокристалла кремния слоями различного типа проводимости p1-n1-p1-n1 (рис. 7.1 ).
Между этими слоями возникают три p-n - перехода: П1, П2, П3.
40
U
Uak
-Un
у
I
ост
I
выкл
U
пер
пер
U
I
u
пр
I
0
ном
у3
I
пер
I
I
обр
I
обр. мах
I
у1
I
0
I
U
у2
I
у1
у2
0
=0
у3
Рисунок 7.2 – К принципу работы тиристора
Тиристор имеет три вывода. Два из них, анод и катод, образуют сило-
вую цепь, третий вывод является управляющим электродом (рис. 7.1).
Управляющее напряжение подводится между управляющим электродом и
катодом. Питающее напряжение (Uак) подается на тиристор таким образом,
что переходы n1 и n3 открыты, а переход n2 закрыт. Сопротивление открытых переходов незначительны, поэтому почти все питающее напряжение Uак
приложено к закрытому переходу n2, дифференциальное сопротивление которого велико. Следовательно, через прибор протекает небольшой ток. По
мере увеличения Uак при разомкнутой цепи управляющего электрода, ток
вентиля увеличивается незначительно (как у любого запертого диода) до тех
пор, пока напряжение U
нию U
, равному напряжению прямого пробоя (рис. 7.2).
пер
не приблизится к некоторому критическому значе-
ак
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]